森林培育措施對人工林紅松木材力學性質(zhì)影響

對間伐與未間伐人工林紅松(pinuskoraisensis)木材材質(zhì)進行系統(tǒng)測定、統(tǒng)計分析,結(jié)果表明:間伐對木材材質(zhì)有很大的影響,間伐林的管胞長度、管胞直徑、纖絲角、生長速率、生長輪寬度、順紋抗壓和抗拉強度、抗劈力和沖擊韌性大于未間伐林;間伐林木材晚材率、生長輪密度、壁厚、壁腔比、抗彎強度和局部抗壓強度小于未間伐林。其中管胞直徑、生長輪寬度、壁厚、壁腔比、抗彎強度、順紋抗壓和抗拉強度、橫紋局部抗壓強度的差異達到顯著水平,表明間伐能顯著地提高木材力學性能。采用綜合坐標法,對間伐與未間伐人工林紅松木材材質(zhì)進行評定,其材質(zhì)的綜合性能和紙漿材性能未間伐林好于間伐林,建筑材性能間伐林好于未間伐林

前紅松木材解剖研究

人工林紅松木材及木制品碳素儲存的研究

本文根據(jù)人工林紅松木材生長輪密度變異特點，采用時間序列分析法，建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型，對木材生長輪度進行近期預測，預測結(jié)果良好，此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預測，為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)。

本文根據(jù)人工林紅松木材生長輪密度變異特點,采用時間序列分析法,建立了人工林紅松木材生長輪密度的動態(tài)模型,對木材生長輪密度進行近期預測,預測結(jié)果良好。此研究結(jié)果實現(xiàn)了木材生長輪內(nèi)的材質(zhì)預測,為人工林紅松的定向培育提供理論依據(jù)

【目的】對人工林紅松木材碳素儲存量與物理特征的徑向變異進行研究,以彌補我國木材碳素儲存研究的不足,為提高木材碳素儲存量、高效合理地定向培育人工林紅松提供理論基礎(chǔ)?！痉椒ā渴紫葴y定和計算紅松木材的各項物理特征及其碳素儲存量,再采用回歸分析和相關(guān)分析方法對木材碳素儲存量分別與生長輪密度、生長輪寬度、晚材率和生長速率的徑向變異規(guī)律進行分析,最后得到它們之間的徑向變異規(guī)律圖、擬合圖以及回歸方程等?！窘Y(jié)果】木材碳素儲存量在徑向變異上先略微減小,接著隨樹木的不斷生長呈增大趨勢,而在樹木成熟后又逐漸減小至平穩(wěn)狀態(tài),且波動較大,并與各項物理特征的徑向變異趨勢在第18年左右有一個峰值。木材碳素儲存量與生長輪密度的徑向變異趨勢相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.757,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲存量與生長輪寬度在前期的徑向變化相似,而中期和后期的徑向變異不一致,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.301,相關(guān)性較弱;木材碳素儲存量與晚材率在中期和后期的徑向變化相似,二者的擬合度較高,相關(guān)系數(shù)為0.656,相關(guān)性較顯著;木材碳素儲存量與生長速率在前期和中期的徑向變異趨勢都不同,二者的擬合度較低,相關(guān)系數(shù)為-0.268,相關(guān)性不顯著?！窘Y(jié)論】人工林紅松木材的碳素儲存量與各項物理特征指標之間均有一定的相關(guān)關(guān)系,而氣候因子、生長環(huán)境、遺傳因素等是不可忽略的影響因素,有待進一步研究?？梢酝ㄟ^對林木的合理經(jīng)營和發(fā)展,增強人工林的碳素儲存功能,直接抑制co2向大氣中排放,從而改善生態(tài)環(huán)境、緩解溫室效應。

對修枝與未修枝的紅松人工林林木生長和木材力學性質(zhì)等指標進行測試和分析,結(jié)果表明:紅松人工林生長速率、生長輪寬度、晚材率都是修枝林分大于未修枝林分,其中只有晚材率差異顯著;主要力學指標中除順紋抗壓強度,均是修枝林分大于未修枝林分,其中只有抗彎強度差異達顯著水平

研究了不同培育措施(初植密度、間伐強度、坡向、坡位)對人工林樟子松(pinussylvestrisvar.mongolica)木材的密度和力學性質(zhì)(橫紋抗彎強度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強度、沖擊韌性、端面硬度)的影響。初植密度(1.5m×1.0m,1.5m×2.0m和1.5m×2.5m)對木材密度和抗彎彈性模量有顯著的影響。初植密度為1.5m×1.0m時,木材主要力學指標值最大。適當間伐可提高木材的抗彎彈性模量和順紋抗壓強度,但重度間伐則會降低木材的力學強度。坡向(陽坡和陰坡)對木材的抗彎彈性模量影響顯著,陽坡高于陰坡。坡位(上坡位和下坡位)對除端面硬度外的木材力學性質(zhì)指標影響都顯著,各項力學指標值均是坡下高于坡上。表5參9。

通過應力波測試儀對紅松木材試件進行的檢測試驗,研究了木材軸向孔洞的分布、數(shù)量和端部孔洞的分布對應力波傳播時間、傳播速度的影響,并對孔徑大小與應力波傳播參數(shù)之間關(guān)系進行回歸分析。試驗結(jié)果表明,應力波傳播時間與孔徑大小、數(shù)量呈正相關(guān),而應力波傳播速度與孔徑大小、數(shù)量呈負相關(guān)。端部孔洞對應力波傳播參數(shù)沒有顯著影響。

運用協(xié)整分析對我國東北地區(qū)人工林紅松木材密度與氣候變化的關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明,紅松木材密度與氣候因素之間存在長期均衡的協(xié)整關(guān)系和顯著的短期動態(tài)調(diào)整機制。在1973～1997年,2、3月平均日照時間的延長有利于提高早材密度,而7月份的日照時間延長卻不利于提高早材密度;2月氣溫升高,不利于提高整個生長輪密度平均值;誤差修正模型和格蘭杰檢驗證實,2月氣溫短期內(nèi)對生長輪密度的影響存在2～3年的滯后期。人工林紅松的優(yōu)質(zhì)培育需要充分考慮氣候變化的影響。

采用監(jiān)測表面顏色和光澤度變化的方法，對紅松木醇酸樹脂清漆，硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后的易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚所酯漆居中，醇酸制酯漆最好，建議在使用時添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。

采用監(jiān)測表面顏色和光澤壓變化的方法，對紅松木材醇酸樹脂清漆、硝基清漆和聚氨脂清漆涂膜的耐光性進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種涂料受光后均易發(fā)生變色，但三種涂料的耐光性硝基漆最差，聚氨酯漆（pu）居中，醇酸樹酯漆最好．建議在使用時添加紫外線吸收劑，提高漆膜的耐光性。

對福建省引種的24年生巒大杉的木材物理力學性質(zhì)進行檢測,結(jié)果表明:巒大杉木材的氣干密度為0.344g/cm3、弦向全干干縮率6.020%、弦向濕脹性6.440%、吸水性237.810%、順紋抗壓強度6.004mpa、抗彎彈性模量7250.810mpa、抗彎強度59.840mpa、順紋抗拉強度62.800mpa;巒大杉的材質(zhì)與杉木相近,應用方面可參考杉木,在木構(gòu)件加工時,其安全系數(shù)可使用杉木的量值。

為分析應力波在木材中傳播的影響因素,研究應力波傳播規(guī)律,在實驗室內(nèi),采用arbotom應力波測試儀測試60個紅松無疵小試件在不同含水率(從絕干到飽濕)和不同溫度(-30,-20,-10,-5,0,5和20℃)下的應力波傳播速度。在此基礎(chǔ)上,分別分析應力波傳播速度隨含水率或溫度變化的規(guī)律,探討導致應力波傳播速度變化的原因,并建立三者之間的回歸模型。結(jié)果表明:含水率和溫度是影響木材中應力波傳播速度的2個重要因素。應力波傳播速度隨含水率增加或溫度升高均呈逐漸下降趨勢。在含水率32%(纖維飽和點附近)以下,傳播速度隨含水率增加下降幅度較大,反之則較小;當含水率低于50%時,傳播速度隨溫度升高呈線性下降趨勢;當含水率高于50%時,傳播速度在0℃上下有一明顯的跳躍。含水率、溫度與應力波傳播速度之間的二元線性回歸模型擬合優(yōu)度較高,決定系數(shù)r2均高于0.95。

我國南方五省區(qū)濕地松木材的密度、晚材率和各項力學強度,隨緯度的增加,呈遞減狀態(tài)。緯度與氣干容重之間的直線回歸方程為:g=1.28—0.027l,相關(guān)系數(shù)r=0.984.產(chǎn)生此現(xiàn)象的主要原因是,木材的管胞寬度和厚度隨著緯度的增加逐漸變窄、變薄。產(chǎn)地的年平均氣溫和年降水量對濕地松樹木的年輪寬度和晚材帶寬度影響較大;年輪和晚材帶的平均寬度隨產(chǎn)地自北向南依次增加,隨著山地海拔的升高而減小。

為研究樹干傾斜角度對應壓木木材細胞壁形成過程的影響,以7年生紅松苗木為研究對象,對其莖干進行不同角度的傾斜處理。先后測定苗木的樹高和胸徑、木材形成組織中的木質(zhì)素和纖維素含量、傅里葉紅外變化光譜和極性代謝產(chǎn)物。結(jié)果表明:傾斜角度對高生長的抑制作用非常顯著,對直徑生長無顯著影響。傾斜后木質(zhì)素含量增加,纖維素含量降低;傾斜角度對木質(zhì)素和纖維素含量均有顯著影響。不同傾斜角度ftir吸收峰強度也有明顯差異。糖類、脂類、氨基酸、含氮化合物、有機酸等代謝物隨傾斜角度呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。因此,紅松苗木50°傾斜處理形成典型的應壓木結(jié)構(gòu)。代謝物相對含量的變化規(guī)律與形成的木材宏觀性質(zhì)相吻合。代謝物的變化也反映了樹木對應力刺激的響應機制。

運用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法(pls),對所采集光譜進行一階導數(shù)和二階導數(shù)處理,并對未處理原始光譜、一階導數(shù)處理光譜和二階導數(shù)處理光譜分別在7個不同波段范圍內(nèi)建立紅松含水率預測模型。結(jié)果表明紅松樣本近紅外光譜經(jīng)一階導數(shù)處理,波段在1000~2100nm范圍內(nèi)所建模型最優(yōu),其校正集相關(guān)性系數(shù)為0.9925,校正標準偏差和校正均方根誤差分別為0.0259和0.0257,驗證集相關(guān)系數(shù)為0.9917,預測標準誤差與預測均方根誤差分別為0.0318和0.0317。研究表明,結(jié)合樣本特性選取特定光譜波段范圍建立預測模型可大幅度減少建模時間、降低建模成本,同時可以提高模型的預測精度。

對紅松人工林７株解析木的生長及１８株樣木木芯樣品木材的基本密度進行了分析，以確定紅松早期選擇的最佳年齡和測量木材密度的取樣方法。研究表明，紅松人工林早期選擇的適宜年齡為２５年；木材基本密度的變異，主要存在于單株之間及單株內(nèi)的水平方向之間，林分間及胸高處不同方位間的差異都沒有達到統(tǒng)計上的顯著水平；在胸高處某一半徑方向上所取樣品的密度值，基本上可以代表胸高處的密度值；木材密度自髓心向外的水平方向上有明顯差異，變異方式是密度值先增大，２５年左右時達到最大值，然后開始降低

以采自東北林業(yè)大學帽兒山實驗林場老山生態(tài)站的紅松人工林內(nèi)的試材為例,分析和探索了紅松人工林木材解剖特征的徑向變異模式。結(jié)果表明:①管胞長度、長寬比、胞壁率的徑向變異模式為y=a+blnx,該模型具有典型的生物學意義。②管胞徑、弦向直徑和壁厚的徑向變異為略呈增加趨勢,徑向直徑是早材大于晚材,弦向直徑是晚材大于早材;管胞徑、弦向壁厚均為晚材大于早材。③管胞徑、弦向壁腔比的徑向變化規(guī)律不明顯

對不同坡向的樟子松（pinussylvestrisvar.mongolica）人工林木材主要的解剖特征、物理力學性質(zhì)進行測試與分析。結(jié)果表明：不同坡向?qū)φ磷铀扇斯ち值慕馄侍卣?、物理力學性能均有一定的影響，管胞長度、管胞直徑、長寬比均有顯著性差異。

主要研究了紅松人工林木材解剖特征與氣象因子的關(guān)系。結(jié)果表明：管胞長度隨溫度增加而增長，相關(guān)程度達顯著水平；管胞徑向直徑與降雨量、相對濕度、日照呈顯著正相關(guān)．與溫度呈顯著負相關(guān)；管胞徑與弦向壁厚和溫度與相對濕度呈顯著正相關(guān)；胞壁率與溫度呈正相關(guān)；纖絲角與日照是正相關(guān)，與溫度呈負相關(guān)。得出氣象因子對木材解剖特征有顯著影響的結(jié)論，這為紅松林的定向培育提供科學依據(jù)。

對當年、前1年受松材線蟲病bursaphelenchusxylophilus危害的病死馬尾松pinusmassoniana及健康馬尾松木材的物理力學性質(zhì)進行了測定。結(jié)果表明,松材線蟲病病死木木材的靜曲強度、彈性模量、抗拉強度、抗壓強度、沖擊韌性和握釘力與健康材差異顯著,密度與健康材差異不顯著。健康木材的靜曲強度比松材線蟲病木材高30%;彈性模量比病材高20%;病木的抗拉強度只有健康材的54.1%~76.9%;健康材抗壓強度比病材高出26.8%;健康材沖擊韌性比病材高21.0%~32.5%;病木的弦向握釘力是健康材的77.3%~91.7%;徑向握釘力是健康材的65.9%~70.1%;健康材密度較病材高出15.0%。